TW201523908A - 光發電元件 - Google Patents

光發電元件 Download PDF

Info

Publication number
TW201523908A
TW201523908A TW103134616A TW103134616A TW201523908A TW 201523908 A TW201523908 A TW 201523908A TW 103134616 A TW103134616 A TW 103134616A TW 103134616 A TW103134616 A TW 103134616A TW 201523908 A TW201523908 A TW 201523908A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor layer
amorphous semiconductor
type
type amorphous
power generation
Prior art date
Application number
TW103134616A
Other languages
English (en)
Inventor
Eiji Kobayashi
Original Assignee
Choshu Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Choshu Industry Co Ltd filed Critical Choshu Industry Co Ltd
Publication of TW201523908A publication Critical patent/TW201523908A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本發明提供一種光發電元件，其具有高短路電流及開路電壓，且光電轉換效率優異。 本發明之光發電元件具有：n型晶質半導體基板，於該n型晶質半導體基板一側依序層積之第1導電型非晶質系半導體層及第1透明導電膜，於前述n型晶質半導體基板另一側依序層積之第2導電型非晶質系半導體層及第2透明導電膜；且其中一側係作為光入射面使用；該光發電元件更具備透明絕緣膜，且該透明絕緣膜係直接層積於第1透明導電膜一側。

Description

光發電元件
本發明是有關於具有異質接面之光發電元件。
發明背景
光發電元件(太陽電池)因可作為不會產生CO2等溫室效應氣體之無汙染的發電機構、以及可作為取代核能發電之運轉安全性高之發電機構而備受矚目。光發電元件之一可舉發電效率高且具有異質接面之光發電元件。
這種光發電元件現已開發出圖6所示結構之光發電元件40。光發電元件40係於n型晶質半導體基板41之一側依序積層有第1本質非晶質系半導體薄膜42、n型非晶質系半導體薄膜43及第1透明導電膜44，而在n型晶質半導體基板41之另一側依序積層有第2本質非晶質系半導體薄膜45、p型非晶質系半導體薄膜46及第2透明導電膜47。又，在第1透明導電膜44之表面配設有第1集電極48，且在第2透明導電膜47之表面配設有第2集電極49(參照專利文獻1)。光發電元件中，為了使光電轉換效率提升，必須使短路電流(Isc)、開路電壓(Voc)、曲線因子(FF：填充因子)等提高。
另一方面，具有反向接觸式結構的異質接面型光發電元件中，已提案了使SiN等所形成之抗反射膜層積於光 入射面的技術(專利文獻2、3參照)。藉由使抗反射膜層積，光可有效率地被收取至電池單元內部，光電轉換效率高。然而，專利文獻2、3中，並未記載抗反射膜之有無、短路電流、開路電壓等間之關係。亦即，專利文獻2、3中記載的光發電元件中，SiN等之抗反射膜，純粹只是形成來作為具有下述機能的膜：即，藉由抑制在光入射面之光反射，來增加入光量。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：特許第5031007號公報
專利文獻2：特許第3998619號公報
專利文獻3：特許第4155899號公報
發明概要
本發明係有鑑於該情事而完成者，目的在於提供一種具有高短路電流及開路電壓，且光電轉換效率佳之光發電元件。
遵循前述目的之本發明相關光發電元件具有：n型晶質半導體基板，於該n型晶質半導體基板一側依序層積之第1導電型非晶質系半導體層及第1透明導電膜，於前述n型晶質半導體基板另一側依序層積之第2導電型非晶質系半導體層及第2透明導電膜； 前述第1導電型非晶質系半導體層及前述第2導電型非晶質系半導體層中任一者為n型非晶質系半導體層，另一者為p型非晶質系半導體層；且其中一側係作為光入射面使用；該光發電元件中，更具備透明絕緣膜，且該透明絕緣膜係直接層積於前述第1透明導電膜一側。
發明群發現到，若使透明絕緣膜直接層積在配置於光入射面側之透明導電膜的光入射面側，則該透明絕緣膜不僅具有可抑制光反射之效果，此外更具有可提高短路電流及開路電壓之效果。該理由方面，推測是因為，因透明導電膜與導電型非晶質系半導體層進行接面而產生能帶彎曲，而該能帶彎曲之影響可利用透明絕緣膜加以緩和。因此，若依據本發明之光發電元件，可具有高短路電流及開路電壓，並且光電轉換效率優異。
本發明之光發電元件中，前述透明絕緣膜之折射率宜在1.5以上且2以下。藉由使用具備該範圍折射率的透明絕緣膜，可提高反射抑制機能，使光轉換效率更為提升。
本發明之光發電元件中，前述透明絕緣膜係藉由氮化矽、氧化矽或氮氧化矽形成為佳。藉由使用該等化合物作為透明絕緣膜，不僅光電轉換效率進一步提高，甚且可提升耐濕性野。
本發明之光發電元件中，前述透明絕緣膜之厚度宜在10nm以上且500nm以下。藉由使透明絕緣膜之厚度在上述範圍，可進一步提高光電轉換率。
本發明之光發電元件中，以更具有本質非晶質系半導體層為佳，且該本質非晶質系半導體層宜層積於前述n型晶質半導體基板與前述p型非晶質系半導體層之間。藉由在基板與p型非晶質系半導體層之間設置本質非晶質系半導體層，可抑制光生成載子之再結合，而使光電轉換效率更加提升。
本發明之光發電元件中，係以前述第1導電型非晶質系半導體層是前述n型非晶質系半導體層，而前述第2導電型非晶質系半導體層是前述p型非晶質系半導體層為佳。以n型非晶質系半導體層側配置於光入射面側之所謂背射極型的情況而言，因第1導電型非晶質系半導體層(n型非晶質系半導體層)與第1透明導電膜接面所產生的能帶彎曲之影響很大。因此，在背射極型的情況下，藉由在光入射面側設置透明絕緣膜，可更充分獲得本發明之效果。
此處，本質非晶質系半導體層中所謂「本質」意指未刻意摻雜不純物，而也包括了有以下不純物存在的情況：本來就含在原料中的不純物或是在製造過程中非意圖性混入之不純物。所謂「非晶質系」，不單僅意指非晶質體，也包括微晶質體。所謂「光入射面」意指使用時配置在與太陽光等光源相對之側(一般為外側)，且實質上可使光入射之側的面，這時，構造成光亦可自與該光入射面相反之面入射亦無妨。「折射率」是取鈉D線(波長589.3nm)下之值。此外，各層等可由多數層所構成，而各層間也可存在其他層介於其中。
若依據本發明之光發電元件，藉由在光入射面側之透明導電膜上直接層積透明絕緣膜，短路電流及開路電壓因而提高，光電轉換效率優異。
10‧‧‧光發電元件
11‧‧‧n型晶質半導體基板
12‧‧‧第1本質非晶質系半導體層
13‧‧‧p型非晶質系半導體層
14‧‧‧第1透明導電膜
15‧‧‧透明絕緣膜
16‧‧‧第2本質非晶質系半導體層
17‧‧‧n型非晶質系半導體層
18‧‧‧第2透明導電膜
19,20‧‧‧集電極
30‧‧‧光發電元件
31‧‧‧n型晶質半導體基板
32a‧‧‧第1n型非晶質系半導體層
32b‧‧‧第2n型非晶質系半導體層
33‧‧‧第1透明導電膜
34‧‧‧透明絕緣膜
35‧‧‧本質非晶質系半導體層
36‧‧‧p型非晶質系半導體層
37‧‧‧第2透明導電膜
38,39‧‧‧集電極
40‧‧‧光發電元件
41‧‧‧n型晶質半導體基板
42‧‧‧第1本質非晶質系半導體薄膜
43‧‧‧n型非晶質系半導體薄膜
44‧‧‧第1透明導電膜
45‧‧‧第2本質非晶質系半導體薄膜
46‧‧‧p型非晶質系半導體薄膜
47‧‧‧第2透明導電膜
48‧‧‧第1集電極
49‧‧‧第2集電極
50‧‧‧基板
51‧‧‧平滑部
52‧‧‧凹凸部
53‧‧‧層
54‧‧‧級差
圖1係顯示本發明第1實施形態之光發電元件的截面圖。
圖2係顯示本發明第2實施形態之光發電元件的截面圖。
圖3係顯示耐濕性測試之測定結果的圖表。
圖4(a)~(d)分別係顯示測試例中反射率之測定結果的圖表。
圖5係顯示膜厚測定方法之示意圖。
圖6係顯示習知光發電元件的截面圖。
較佳實施例之詳細說明
接著，參照添附之圖式就本發明具體化之實施形態進行說明。
(第1實施形態：前射極(front emitter)型)
如圖1所示，本發明之第1實施形態的光發電元件10係板狀多層結構體。光發電元件10具有：n型晶質半導體基板11、在n型晶質半導體基板11之一側(圖1中的上側、多層結構體的第1主面側)依序層積之第1本質非晶質系半導體層12、p型非晶質系半導體層13(第1導電型非晶質系半導體層)、 第1透明導電膜14及透明絕緣膜15；在n型晶質半導體基板11之另一側(圖1中的下側、多層結構體的第2主面側)依序層積之第2本質非晶質系半導體層16、n型非晶質系半導體層17(第2導電型非晶質系半導體層)及第2透明導電膜18。進一步，光發電元件10具有局部配設於第1透明導電膜14之表面(一側)的集電極19、局部配設於第2透明導電膜18之背面(另一側)的集電極20。再者，於第1透明導電膜14之一側表面，以線狀、格子狀等平面形狀局部層積有透明絕緣膜15，其係層積於集電極20非層積部分。光發電元件10係以一側(第1主面側，以n型晶質半導體基板11為基準即為p型非晶質系半導體層13側)作為光入射面來使用的前射極型。
n型晶質半導體基板11只要是具有n型半導體特性之晶質體則沒有特別限定，可使用公知之物。構成n型晶質半導體基板11之n型晶質半導體除矽(Si)之外，另還可列舉SiC、SiGe、Ge等，不過以生產性等觀點來看以矽為佳。n型晶質半導體基板11可以是單晶質體，亦可為多晶質體。於n型晶質半導體基板11的上下(一側及另一側)兩面，為了使光漫射所造成的光侷限更為有效，以進行凹凸加工為佳(未圖示)。還有，例如，藉由將基板材料浸漬於含約1~5質量%之氫氧化鈉或氫氧化鉀等鹼之蝕刻液，可形成多數金字塔狀凹凸結構。
第1本質非晶質系半導體層12層積於n型晶質半導體基板11一側。構成第1本質非晶質系半導體層12之半導體方面可列舉Si、SiC、SiGe等，以Si為佳。第1本質非晶質 系半導體層12之膜厚並無特別限定，例如可在1nm以上且10nm以下。該膜厚若小於1nm，則變得容易發生缺陷等，因而導致載子容易發生再結合。又，該膜厚若超過10nm，則變得容易發生填充係數低下。
第1本質非晶質系半導體層12可藉由例如化學氣相沉積法(例如電漿CVD法等)等公知方法進行成膜。以利用電漿CVD法進行的情況而言，原料氣體可使用例如SiH4與H2的混合氣體。
p型非晶質系半導體層13層積於第1本質非晶質系半導體層12一側。p型非晶質系半導體層13可使用已在Si等半導體中添加有硼、鋁等p型摻雜物者。p型非晶質系半導體層13的膜厚並無特別限定，例如以1nm以上且20nm以下為佳，3nm以上且10nm以下較佳。
p型非晶質系半導體層13也可藉由化學氣相沉積法(例如電漿CVD法等)等公知方法進行成膜。以利用電漿CVD法進行的情況而言，原料氣體可使用例如SiH4與B2H6的混合氣體。
第1透明導電膜14層積於p型非晶質系半導體層13一側。構成第1透明導電膜14之透明導電材料方面，可舉例如銦錫氧化物(Indium Tin Oxide：ITO)、鎢摻雜銦氧化物(Indium Tungsten Oxide：IWO)、鈰摻雜銦氧化物(Indium Cerium Oxide：ICO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide：IZO)、鋁摻雜鋅氧化物(AZO)、鎵摻雜鋅氧化物(GZO)等公知材料。第1透明導電膜14之膜厚並無特別限定，以例如30nm以上且 200nm以下為佳，40nm以上且100nm以下較佳。
第1透明導電膜14之成膜方法方面並無特別限制，可使用例如濺鍍法、真空蒸鍍法、反應離子鍍法(反應性電漿蒸鍍法)等公知方法，以使用反應離子鍍法為佳。藉由使用不會產生高能量粒子的反應離子鍍法來形成，可抑制p型非晶質系半導體層13表面劣化。因此，如此一來，可使用維持在良好品質的p型非晶質系半導體層13，而可更提高填充係數。此外，藉由使用反應離子鍍法可形成密著性高的第1透明導電膜14，推測這點也是令填充係數提高的原因。
透明絕緣膜15係直接層積於第1透明導電膜14之一側。但是，第1透明導電膜14之一側表面當中，於層積有集電極19之部分，並未層積透明絕緣膜15。如此，利用在第1透明導電膜14之表面層積透明絕緣膜15，而使例如第1透明導電膜14與p型非晶質系半導體層13之界面產生的能帶彎曲之影響得以緩和等，藉此，光發電元件10之短路電流及開路電壓即提升。又，透明絕緣膜15係如後述，藉由採用具有適當折射率之物等，還可發揮抗反射抑制機能。因此，光發電元件10可具有高光電轉換效率。
用以構成透明絕緣膜15之透明絕緣材料方面，只要是具有透光性且絕緣性者則無特別限定，可列舉MgF2(折射率1.37)、LaF2(折射率1.59)、NdF3(折射率1.60)、Al2O3(折射率1.62)、CoF3(折射率1.63)、PbF2(折射率1.75)、MgO(折射率1.75)、ThO2(折射率1.80)、SnO2(折射率1.90)、La2O3(折射率1.95)、SiO(折射率1.7~2.0)、SiN(折射率2.0)、In2O3(折 射率2.00)、Nd2O3(折射率2.00)、Sb2O3(折射率2.04)、ZrO2(折射率2.10)、CoO(折射率2.20)、TiO2(折射率2.2~2.7)、ZnS(折射率2.35)、Bi2O3(折射率2.45)、ZnSe(折射率2.58)、CdSe(折射率2.60)等金屬化合物(氧化物、氟化物、氮化物等)、及其他透明樹脂材料等，而就耐久性等點來看以金屬化合物為佳。
透明絕緣膜15(透明絕緣材料)之折射率方面，以1.5以上2以下為佳。通常，光發電元件10係以已由密封材加以密封之模組來使用，一般的密封材EVA(乙烯-醋酸乙烯樹脂)等之折射率約為1.5。此外，第1透明導電膜14(例如IWO、ITO等)之折射率通常為約2。因此，令透明絕緣膜15之折射率值在密封材之折射率與第1透明導電膜14之折射率間，可抑制在各界面之折射率差，提高反射抑制機能。
透明絕緣膜15宜利用氮化矽、氧化矽或氮氧化矽來形成。該等亦可混合2種以上來使用。藉由使用該等化合物(氧化矽、氮化矽或氮氧化矽)來作為透明絕緣膜15，不僅光電轉換效率可更高，且耐濕性亦可提高。又，藉由調整氧(O)與氮(N)之組成比，較容易將折射率控制在適當範圍(例如1.5到2之範圍)。
透明絕緣膜15之膜厚方面，並無特別限定，不過上限值方面以例如500nm為佳，200nm較佳，100nm更佳，80nm尤佳。一方面，下限值方面以例如10nm為佳，50nm較佳。藉由令透明絕緣膜15之膜厚在前述上限值以下，可抑制因透明絕緣膜15之光吸收造成的透光量降低。又，透 明絕緣膜15之膜厚一旦超過100nm，則會有干涉條紋出現，而產生反射率以外的峰值，在300~1200nm中的波長區之反射率會增大。因此，例如令膜厚在100nm以下，可抑制干涉條紋的影響。令一方面，藉由令透明絕緣膜15之膜厚在前述下限值以上，可有效發揮透明絕緣膜15之機能(緩和能帶彎曲之影響、耐濕性等)。
透明絕緣膜15之成膜方法方面並無特別限制，可使用例如濺鍍法、真空蒸鍍法、反應離子鍍法等PVD法或CVD法等公知方法。
藉由反應離子鍍法形成氮氧化矽之透明絕緣膜15的方法，可舉例如，使用SiO片劑，於製程腔室(process chamber)中一邊導入N2氣體一邊成膜的方法。這時，可令成膜條件為例如製程腔室之基壓1×10-4Pa以下、N2之導入量200~400sccm、成膜壓力0.8~2.0Pa。再者，利用使N2之導入量增減，可調整所形成之透明絕緣膜15中氧與氮的組成比。
藉由濺鍍法形成氮氧化矽之透明絕緣膜15的方法，可舉例如，採用Si靶作為濺鍍靶材，在惰性氣體、氧氣及氮氣之混合氣體中進行濺鍍之方法。這種情況下，可利用控制氧氣與氮氣之比率，來調整所形成之透明絕緣膜15中氧與氮的組成比。
第2本質非晶質系半導體層16層積於n型晶質半導體基板11另一側。第2本質非晶質系半導體層16之材質、膜厚、成膜方法係與第1本質非晶質系半導體層12相同，但 不需要是相同材質等。
n型非晶質系半導體層17層積於第2本質非晶質系半導體層16另一側。n型非晶質系半導體層17可使用已在Si等半導體中添加磷、砷等n型摻雜物者。n型非晶質系半導體層17之膜厚並無特別限定，以例如1nm以上且20nm以下為佳，3nm以上且10nm以下較佳。藉由設定成該範圍之膜厚，可均衡降低短路電流低下與載子發生再結合。n型非晶質系半導體層17也可藉由化學氣相沉積法(例如電漿CVD法等)等公知方法進行成膜。以利用電漿CVD法進行的情況而言，原料氣體可使用SiH4與PH3的混合氣體。
第2透明導電膜18係層積於n型非晶質系半導體層17之另一側。第2透明導電膜18之材質、成膜方法，與第1透明導電膜14相同，不過不須使用相同材質等。第2透明導電膜18之膜厚方面，並無特別限定，以例如20nm以上200nm以下為佳，30nm以上100nm以下較佳，40nm以上70nm以下更佳。
再者，光發電元件10中，於兩面分別設有透明導電膜14、18。亦即，在非光入射之側也層積有透明導電膜18。如此，藉由在p型非晶質系半導體層13或n型非晶質系半導體層17與集電極19、20之間設置透明導電膜14、18，可抑制界面態之增加等，並可提高填充係數。
集電極19、20分別具有相互平行而形成的多數母線(bus bar)電極、及與該等母線電極正交且彼此平行而形成的多數指狀(finger)電極。
母線電極及指狀電極分別為線狀或帶狀，由導電性材料形成。作為該導電性材料可使用銀糊等導電性接著劑或銅線等金屬導線。各母線電極之寬度為例如0.5mm以上且2mm以下程度，各指狀電極之寬度為例如10μm以上且300μm以下程度。又，各指狀電極間之間隔方面為例如0.5mm以上且4mm以下程度。
集電極19、20之配設可依公知方法來進行。以使用導電性接著劑作為集電極19、20之材料的情況而言，可藉由網版印刷或凹版平版印刷等印刷法來形成。又，於集電極19、20使用金屬導線之情況而言，可利用導電性接著劑或低熔點金屬(軟焊料等)固定於透明導電膜14、18上。
集電極19之表面(一側之面)為了外露而出以發揮作為連接端子機能。亦即，集電極19之表面上並未層積透明絕緣膜15。但是，集電極19之表面可整面露出，亦可僅一部分(例如僅端部)露出。形成這種層積結構之方法，可列舉(1)在第1透明導電膜14之表面配設集電極19之後，將集電極19之配設部分予以遮罩來成膜透明絕緣膜15之方法；(2)於第1透明導電膜14之表面整面成膜透明絕緣膜15之後，局部蝕刻透明絕緣膜15，並在經蝕刻除去透明絕緣膜15之部分配設集電極19之方法等。
光發電元件10通常是以作為模組來使用，該模組係串聯多數光發電元件10並以EVA等密封材予以密封者。藉由將多數光發電裝置10串聯來使用，可提高發電電壓。
(第2實施形態：背射極(rear emitter)型)
如圖2所示，本發明之第2實施形態的光發電元件30為板狀多層結構體。光發電元件30具有：n型晶質半導體基板31、在n型晶質半導體基板31一側(圖2中之上側、多層結構體之第1主面側)依序層積之第1n型非晶質系半導體層32a及第2n型非晶質系半導體層32b(第1導電型非晶質系半導體層)、第1透明導電膜33及透明絕緣膜34；在n型晶質半導體基板31另一側(圖2中之下側、多層結構體之第2主面側)依序層積之本質非晶質系半導體層35、p型非晶質系半導體層36(第2導電型非晶質系半導體層)及第2透明導電膜37。進一步，光發電元件30具有配設於第1透明導電膜33之表面(一側)的集電極38、配設於第2透明導電膜37之背面(另一側)的集電極39。再者，於第1透明導電膜33之一側表面，以線狀、格子狀等平面形狀局部層積有透明絕緣膜34，其係層積於集電極38非層積部分。光發電元件30係以一側(第1主面側；以n型晶質半導體基板31為基準即為n型非晶質系半導體層32a、32b側)作為光入射面來使用之背射極型。
n型晶質半導體基板31、第1或第2透明導電膜33、37、透明絕緣膜34、本質非晶質系半導體層35、p型非晶質系半導體層36及集電極38、39之材質或形成方法等，分別與圖1之光發電元件10之n型晶質半導體基板11、第1或第2透明導電膜14、18、透明絕緣膜15、第1或第2本質非晶質系半導體層12、16、p型非晶質系半導體層13及集電極19、20相同(層積順序不同)。
於光發電元件30中，係與光發電元件10不同，在 n型晶質半導體基板31與光入射面側之第1導電型非晶質系半導體層(第1n型非晶質系半導體層32a及第2n型非晶質系半導體層32b)之間並未設置本質非晶質系半導體層。因此，藉由使光在相對於pn接面部分沒有本質非晶質系半導體層35存在該側入射，便可提高發電效率。
於光發電元件30，n型非晶質系半導體層係構成第1n型非晶質系半導體層32a與第2n型非晶質系半導體層32b之2層結構。又，直接層積於n型晶質半導體基板31之第1n型非晶質系半導體層32a其電阻值變得比第2n型非晶質系半導體層32b高(摻雜量少)。如此一來，可提高n型晶質半導體基板31與n型非晶質系半導體層32a、32b之接合界面的鈍化性能，獲得具有充分開路電壓與填充係數之光發電元件。又，n型非晶質系半導體層32a、32b之材質等係與圖1之光發電元件10之n型非晶質系半導體層17相同。
這種電阻值(摻雜量)相異的2層n型非晶質系半導體層32a、32b，例如在以電漿CVD法製得的情況而言，可利用改變屬摻雜氣體之PH3之導入量等來形成。例如，以第1n型非晶質系半導體層32a成膜時的SiH4為基準時，相對於其摻雜氣體之含量A，可使第2n型非晶質系半導體層32b成膜時的摻雜氣體之含量B在2倍以上且50倍以下，以5倍以上且20倍以下為佳。又，可令含量A為100ppm以上且2000ppm以下程度，令含量B在4000ppm以上且20000ppm以下程度。
第1n型非晶質系半導體層32a之膜厚以例如1nm 以上且20nm以下為佳，2nm以上且6nm以下較佳。第2n型非晶質系半導體層32b之膜厚方面，以例如1nm以上且20nm以下為佳，2nm以上且6nm以下較佳。
光發電元件30也與光發電元件10相同，通常是以作為模組來使用，該模組係串聯多數光發電元件30並以EVA等密封材予以密封者。光發電元件30為背射極型，因n型非晶質系半導體層32b與第1透明導電膜33接面而產生的能帶彎曲之影響很大。因此，於背射極型的情況下，在光入射面側設置透明絕緣膜34，可有效提高發電效率。
本發明並不限定於前述實施形態，亦可在不變更本發明要旨之範圍內變更其構成。例如，可使光入射面與相反側之集電極並非是母線電極與指狀電極構成的結構，而是整面層積有導電性材料之結構。這種結構之集電極可利用電鍍或金屬箔之層積等來形成。又或，可未層積本質非晶質系半導體層，亦可在第2透明導電膜背面設置透明絕緣膜。
實施例
以下，列舉實施例及比較例更具體說明本發明內容。再者，本發明並非限定於以下實施例。
<實施例1>
在已施予金字塔狀凹凸加工之n型單晶質矽基板一側，依序層積第1本質非晶質系矽層(7nm)、p型非晶質系矽層(5nm)、及第1透明導電膜(70nm)。第1本質非晶質系矽層係藉由化學氣相沉積法成膜，p型非晶質系矽層係藉由化學氣 相沉積法成膜，第1透明導電膜係藉由利用IWO之反應離子鍍法來成膜。
接著，於n型單晶質矽基板之另一側，依序層積第2本質非晶質系矽層(7nm)、n型非晶質系矽層(5nm)及第2透明導電膜(60nm)。第2本質非晶質系矽層係藉由化學氣相沉積法成膜，n型非晶質系矽層係藉由化學氣相沉積法成膜，第2透明導電膜係使用IWO之反應離子鍍法來成膜。
於製得之層結構體兩面分別形成平行之多數母線電極、及分別與該母線電極正交之多數指狀電極來作為集電極。該集電極係使用銀糊並利用印刷來形成。
最後，於第1透明導電膜之一側層積透明絕緣膜(90nm)。這時，將第1透明導電膜上之集電極表面予以遮罩，藉由反應離子鍍法來成膜。具體而言，使用SiO片劑，於製程腔室(process chamber)中一邊導入N2氣體一邊成膜。令製程腔室之基壓在1×10-4Pa以下，N2之導入量在200~400sccm之範圍，成膜壓力在0.8~2.0Pa之範圍內。經測定已成膜之透明絕緣膜之折射率及元素組成，係折射率為1.75、組成式為SiO0.5N0.5之氮氧化矽。如此，製得圖1之前射極型結構光發電元件。
<實施例2>
在已施予金字塔狀凹凸加工之n型單晶質矽基板一側，依序層積第1n型非晶質系矽層(3nm)、第2n型非晶質系矽層(3nm)及第1透明導電膜(70nm)。接著，於n型單晶質矽基板另一側，依序層積本質非晶質系矽層(7nm)、p型非晶質系 矽層(5nm)及第2透明導電膜(60nm)。於製得之層結構體兩面分別形成平行之多數母線電極、及分別與該母線電極正交之多數指狀電極來作為集電極。最後，於第1透明導電膜之一側層積透明絕緣膜(90nm)。
第1n型非晶質系矽層(輕摻雜)及第2n型非晶質系矽層(高摻雜)之成膜條件如下。其他層等之成膜方法則與實施例1相同。如此，製得圖2之背射極型結構光發電元件。
‧第1n型非晶質系矽層(輕摻雜)
基板溫度200℃
原料氣體SiH4及PH3
PH3之導入量800ppm
‧第2n型非晶質系矽層(高摻雜)
基板溫度200℃
原料氣體SiH4及PH3
PH3之導入量8000ppm
<實施例3>
以MgF2將透明絕緣膜成膜，此外與實施例2同樣施行，製得背射極型結構之光發電元件。
<比較例1>
在實施例1中以透明絕緣膜積層前之物作為比較例1。
<比較例2>
在實施例2中以透明絕緣膜積層前之物作為比較例2。
[評價]
測定製得之各光發電元件之短路電流Isc、開路電壓Voc、 曲線因子(填充因子：FF)、轉換效率(EFFICIENCY)。再者，以一側為主之光入射面。測定結果顯示於表1。
如表1所示，實施例1與比較例1相較，實施例2與比較例2相較，無論短路電流、開路電壓、曲線因子、轉換效率任一者皆很高。又，使用了折射率低於氮氧化矽之MgF2的實施例3中，轉換效率等也同樣偏高，因此得知，透明絕緣膜之效果與反射抑制並不相同這一點。又確認，利用濺鍍法成膜氮氧化矽之透明絕緣膜而製得與實施例1、2相同結構之光發電元件時，開路電壓及曲線因子提高。
接著，利用實施例1及比較例1之光發電元件，進行耐濕性測試。在濕度85%、溫度85℃之條件下加濕，測定200小時後、400小時後、600小時後、800小時後、1000小時後的曲線因子。測定結果顯示於圖3。再者，圖3中，縱軸是令實施例1之曲線因子為100%時，比較例1之曲線因子的比較值。得知實施例1之光發電元件在耐濕性上很優異。
<測試例>
在兩面不形成集電極，並分別將透明絕緣膜(氮氧化矽：SiON)之膜厚變更為0nm、50nm、110nm及150nm，此外與實施例1同樣施行而製得層結構體(光發電元件)。以一側(透明絕緣膜側)為光入射面，測定在300~1200nm波長區域之反射率。測定結果顯示於圖4。(a)是膜厚0nm(未層積透明絕緣膜)、(b)是膜厚50nm、(c)是膜厚110nm、(d)是膜厚150nm之測定結果。如圖4所示，藉由設置SiON膜(透明絕緣膜)，反射率降低。但是，得知SiON膜若增厚到超過100nm，就會有干涉條紋出現而產生新的峰值，300~1000nm之波長區域之反射率會增大。
在此，就本說明書中之各層等的膜厚測定方法進行說明。具有平滑部51與凹凸部(凹凸構造)52兩者之假設性基板50顯示於圖5。使用例如穿透式電子顯微鏡(TEM)，即可分別測定垂直於基板50之厚度t、垂直於平面(表面)之厚度t’、凹凸部52之角度α。本說明書中，層積於平滑部51之層53之膜厚係指t，層積於凹凸部52之層53之膜厚係指t’。實際作業方面，以採用可縮短測定時間且簡便之觸針式級差計等膜厚測定方法為佳。例如，利用業已將KOH或NaOH加熱至40~50℃之液體將層53進行濕蝕刻來使級差54形成，再藉由利用觸針式級差計之膜厚測定方法來測定t。由於根據三角函數t’=t×cosα成立，因此t’可依據已測定出之t來算出。由於以TEM測定獲得之t’、與利用觸針式級差計之膜厚測定方法所算出之t’一致一事已獲確認，因此採用了利用觸針式級差計之膜厚測定方法。再者，利用觸針式級差計之 膜厚測定方法，係在已預先賦予級差之樣本上，以針接觸樣本並水平地描繪過表面，藉此使針因應樣本之級差上下而行之測定方法。利用前述膜厚測定方法，同樣也可針對透明導電膜等之膜厚進行測定。
10‧‧‧光發電元件
11‧‧‧n型晶質半導體基板
12‧‧‧第1本質非晶質系半導體層
13‧‧‧p型非晶質系半導體層
14‧‧‧第1透明導電膜
15‧‧‧透明絕緣膜
16‧‧‧第2本質非晶質系半導體層
17‧‧‧n型非晶質系半導體層
18‧‧‧第2透明導電膜
19,20‧‧‧集電極

Claims (6)

  1. 一種光發電元件，具有：n型晶質半導體基板，於該n型晶質半導體基板一側依序層積之第1導電型非晶質系半導體層及第1透明導電膜，於前述n型晶質半導體基板另一側依序層積之第2導電型非晶質系半導體層及第2透明導電膜；前述第1導電型非晶質系半導體層及前述第2導電型非晶質系半導體層中任一者為n型非晶質系半導體層，另一者為p型非晶質系半導體層；且其中一側係作為光入射面使用；該光發電元件之特徵在於：其更具備透明絕緣膜，且該透明絕緣膜係直接層積於前述第1透明導電膜一側。
  2. 如請求項1之光發電元件，其中前述透明絕緣膜之折射率在1.5以上且2以下。
  3. 如請求項1或2之光發電元件，其中前述透明絕緣膜係藉由氮化矽、氧化矽或氮氧化矽形成。
  4. 如請求項1至3中任一項之光發電元件，其中前述透明絕緣膜之厚度在10nm以上且500nm以下。
  5. 如請求項1至4中任一項之光發電元件，其更具有本質非晶質系半導體層，且該本質非晶質系半導體層係層積於前述n型晶質半導體基板與前述p型非晶質系半導體層 之間。
  6. 如請求項1至5中任一項之光發電元件，其中前述第1導電型非晶質系半導體層係前述n型非晶質系半導體層，而前述第2導電型非晶質系半導體層係前述p型非晶質系半導體層。
TW103134616A 2013-10-04 2014-10-03 光發電元件 TW201523908A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013209213A JP2015073058A (ja) 2013-10-04 2013-10-04 光発電素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201523908A true TW201523908A (zh) 2015-06-16

Family

ID=52778751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103134616A TW201523908A (zh) 2013-10-04 2014-10-03 光發電元件

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2015073058A (zh)
TW (1) TW201523908A (zh)
WO (1) WO2015050163A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017057618A1 (ja) * 2015-09-29 2017-04-06 京セラ株式会社 太陽電池素子およびその製造方法並びに太陽電池モジュール
EP3182468A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-21 Lg Electronics Inc. Method of manufacturing solar cell
KR101821394B1 (ko) * 2016-01-14 2018-01-23 엘지전자 주식회사 태양전지
CN117894856A (zh) * 2020-04-26 2024-04-16 隆基绿能科技股份有限公司 一种太阳能电池金属电极及其制备方法
CN114759097B (zh) 2020-12-29 2022-10-18 浙江晶科能源有限公司 太阳能电池及其制备方法、光伏组件

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058885A (ja) * 1998-08-03 2000-02-25 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池及びその製造方法
JP5025135B2 (ja) * 2006-01-24 2012-09-12 三洋電機株式会社 光起電力モジュール
JP5535709B2 (ja) * 2010-03-19 2014-07-02 三洋電機株式会社 太陽電池、その太陽電池を用いた太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法
JP5958765B2 (ja) * 2010-08-31 2016-08-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池セルの製造方法および太陽電池モジュールの製造方法
JP5325349B1 (ja) * 2011-11-22 2013-10-23 株式会社カネカ 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015050163A1 (ja) 2015-04-09
JP2015073058A (ja) 2015-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9508875B2 (en) Solar cell and method for manufacturing the same
KR101444980B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
EP2293341A2 (en) Solar cell
TWI463682B (zh) 異質接面太陽能電池
TWI435454B (zh) 太陽能電池
US10396233B2 (en) Solar cell and solar cell module
WO2013094233A1 (ja) 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール
TW201523908A (zh) 光發電元件
TWI596792B (zh) 光發電元件及其製造方法
WO2012001857A1 (ja) 光電変換装置
US20090165850A1 (en) Transparent conductive film and solar cell using the same
JP6042679B2 (ja) 光電変換素子および光電変換素子の製造方法
JP2014096598A (ja) 薄膜太陽電池
JP5542025B2 (ja) 光電変換装置
JP5405923B2 (ja) 光電変換素子及びその製造方法
KR20100136585A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP5468217B2 (ja) 薄膜太陽電池
TW201523907A (zh) 光發電元件
JP2014168012A (ja) 光電変換装置およびその製造方法
JP2014216334A (ja) 光発電素子
JP5818789B2 (ja) 薄膜太陽電池
JP6226858B2 (ja) 薄膜太陽電池及びその製造方法
JP5307280B2 (ja) 薄膜光電変換素子
KR20120059371A (ko) 표면 텍스처가 형성된 유리기판을 이용한 박막형 태양전지 및 이의 제조방법
JP2014216335A (ja) 光発電素子